Дизельные двигатели. Теория | Vincast.ru
Главное достоинство дизельных двигателей — это низкие затраты на топливо, поскольку моторы этого типа имеют малые удельные расходы топлива на основных эксплуатационных режимах, да и само горючее во многих странах заметно дешевле бензина.
К числу недостатков дизеля по сравнению с бензиновыми двигателя ми относятся: сравнительно низкие мощностные показатели, более дорогая в изготовлении и обслуживании топливная аппаратура, худшие пусковые качества, повышенный выброс некоторых токсичных компонентов с отработавшими газами, повышенный уровень шума.
Экономические и экологические показатели автомобильного
дизельного двигателя
в первую очередь зависят от особенностей рабочего процесса и, в частности, от типа камеры сгорания, системы впрыскивания топлива. Камеры сгорания дизельного двигателя делятся на
Разделенная вихрекамерная камера сгорания | Разделенная форкамерная камера сгорания |
| Неразделенная камера сгорания |
Дизельные двигатели с неразделенной камерой иногда называют двигателям и с непосредственным впрыском.
Дизельные двигатели с неразделенной камерой сгорания имеют низкие расходы топлива и легче запускаются. Недостатком их является повышенная жесткость работы и соответственно — высокий уровень шума.
Для полного сгорания топлива изготовитель выбирает оптимальное соотношение между количеством сопловых отверстий у форсунки и интенсивностью вихревого движения заряда в цилиндре — так, чтобы струи топлива полностью охватили весь воздушный заряд. Чем меньше сопловых отверстий, тем более интенсивным должно быть вращательное движение заряда. У четырехтактных дизельных двигателей вращательное движение воздуха во время хода впуска обеспечивается тангенциальным расположением впускного канала, наличием ширмы у клапана, винтовым (улиткообразным) каналом перед впускным клапаном. В процессе сжатия при подходе поршня к ВМТ воздух перетекает из надпоршневого пространства в камеру сгорания в поршне, увеличивая интенсивность вращательного движения свежего заряда. Поэтому при ремонте дизельных двигателей необходимо следить, чтобы зазор между днищем поршня и головкой цилиндров соответствовал заданной инструкцией величине. При большем зазоре интенсивность турбулизации заряда будет недостаточна, при меньшем на больших нагрузках может появиться стук поршня от его ударов по головке. Во время сборки дизельного двигателя этот зазор проверяется установкой свинцовых пластинок на днище поршня и прокруткой коленчатого вала после затяжки болтов крепления головки.
Способы создания вихревого движения заряда во время впуска: | ||
Тангенциальное расположение канала | Установка на клапане ширмы | Винтовой канал |
Пуск дизельного двигателя:
У дизельных двигателей с разделенной камерой сгорания (вихрекамерные или форкамерные) пусковые качества значительно хуже, чем у дизельных двигателей с неразделенной камерой.
Для облегчения пуска дизельные двигатели с разделенной камерой оснащаются электрическими свечами накаливания, устанавливаемыми в форкамеру или вихревую камеру. Реже свечи устанавливаются в дизельных двигателей с непосредственным впрыском.
Свечи бывают открытого и закрытого типа со спиралью накаливания или нагревательным элементом. Они выпускаются теми же фирмами, что и свечи зажигания. Кожух свечи располагается в камере сгорания дизельного двигателя так, чтобы конус распыленного топлива попадал только на его раскаленный наконечник.
В период, когда токсичность отработавших газов оценивалась по выбросу СО и СН (углеводородов), в широкой прессе отмечалось, что дизели имеют из всех ДВС наиболее низкую токсичность. Однако в дальнейшем, когда товарные бензины стали выпускаться без этиловой жидкости, а бензиновые двигатели начали оснащаться трехкомпонентными каталитическими нейтрализатор ами, снижающими содержание СО, СН, NОх на 90-95%, о низкой токсичности дизельных двигателей по сравнению с бензиновыми двигателями стали скромно умалчивать.
Повышенная токсичность дизелей определяется следующими факторами:
Второй фактор — повышенный выброс на некоторых режимах , особенно во время прогрева, продуктов неполного сгорания с характерным неприятным запахом (акролеина, альдегидов и др.), многие из которых являются канцерогенами. Третий — частицы сажи являются носителями канцерогенов. Попадая в дыхательные пути, они вызывают раковые опухоли. Из-за того, что ни в одной из стран до сих пор нет быстродействующих газоанализаторов, нет и возможности нормировать их выброс. Поэтому законодатели используют косвенные показатели — ограничение выброса углеводородов и твердых частиц.
Основные причины повышенной токсичности и повышенного расхода топлива дизельных двигателей следующие:
— низкое качество топлива,
— нарушение работы системы топливоподачи (слишком низкий коэффициент избытка воздуха, неравномерная подача топлива по цилиндрам, смещение фаз впрыска, межцикловая неравномерность подачи топлива),
— повышенный расход масла на угар из-за износа деталей цилиндропоршневой группы,
— в двигателях с турбонаддувом — слишком низкое давление наддува.
Одна из главных характеристик дизельного топлива — это его цетановое число, показывающее способность к самовоспламенению.
Оно определяется на одноцилиндровой установке сравнением со смесью эталонного топлива, подбираемого так, чтобы период задержки воспламенения был таким же, как и у испытуемого горючего. Величина цетанового числа должна быть не менее 45. Она зависит от химического состава топлива и наличия в нем специальных присадок. Увеличение цетанового числа достигается повышением содержания в топливе парафиновых углеводородов. При этом улучшаются пусковые качества, однако при цетановом числе 50…55 ухудшается полнота сгорания.
Источник:amastercar.ru
Разделенные камеры сгорания
Завихрение заряда при сжатии можно достигнуть, применяя камеры сгорания, состоящие из двух объемов (вспомогательного и основного), соединенных между собой каналом. В автомобильных дизелях в качестве вспомогательных камер сгорания наибольпгее распространение получили вихревые камеры сгорания (вихрека-мерныедизели),атакжепредкамеры(предкамерныедизели).
Направление канала, а также форма вихревой камеры обеспечивают в ней вращательное движение воздушного заряда. Скорость перетекающего заряда во время сжатия возрастает и имеет наибольшее значение, когда поршень находится вблизи в. м. т. Впрыскиваемое в конце сжатия в вихревую камеру топливо перемешивается с завихренным воздухом, испаряется и частично сгорает, вследствие чего давление в вихревой камере повывгается. Оно превышает давление в надпорпгаевом пространстве, и несго-ревшее топливо вместе с продуктами сгорания перетекает с высокой скоростью из вихревой камеры в основную камеру сгорания 2, что создает благоприятные условия для перемевшвания топлива с воздухом и сгорания рабочей смеси. Для улучшения процесса сгорания топлива в основной камере 2 в поршне 1 под соединительным каналом имеется специальная выемка. Перетекающее из вихревой камеры топливо попадает в эту выемку, где сосредоточено сравнительно большое количество воздуха, что способствует быстрому сгоранию топливо-воздувшой смеси.
Особенностью рассматриваемой камеры сгорания является наличие нижней съемной полусферы 6, установленной с зазором в головке цилиндров. Вихревая камера уплотнена только по нижней торцовой плоскости. При работе двигателя эта полусфера сильно нагревается, в отдельных зонах ее температура при полной нагрузке достигает 700° С. Наличие такой нагретой детали способствует значительному сокращению периода задержки воспламенения и улучшению процесса сгорания.
Свеча накаливания 5 предназначена для облегчения пуска дизеля при низких температурах. Металлическая спираль свечи, по которой проходит электрический ток от аккумуляторной батареи при подготовке дизеля к пуску, сильно нагревается и подогревает воздух, находящийся в вихревой камере. Этим обеспечивается быстрое воспламенение топлива при пуске дизеля.
В современных дизелях объем вихревой камеры составляет примерно половину объема всей камерысгорания.
Предкамера обычно соединяется с основной камерой сгорания одним или несколькими каналами.Впроцессе сжатия часть воздуха из надпоршневого пространства перетекает в предкамеру. Наи-больвгая скорость перетекания наблюдается при приближении порвшя к в. м. т. Примерно в этот момент начинается впрыск топлива в предкамеру. Так как объем предкамеры сравнительно невелик, то в ней сгорает только часть топлива, вследствие чего давление в предкамере резко повышается, и несгоревшее топливо вместе с продуктами сгорания с больвгой скоростью выбрасывается в основную камеру сгорания 2, перемешивается там с воздухом и сгорает. Объем предкамеры составляет 25—40% общего объема камеры сгорания.
При применении разделенных камер сгорания, для которых характерно усиленное движение воздуха, обеспечивается хорошее перемевшвание топлива с воздухом. Это позволяет осуществлять впрыск топлива при меньншх давлениях по сравнению с неразделенными камерами, а также использовать распылители форсунок с одним отверстием относительно большого диаметра.
В дизелях с разделенными камерами сгорания во вспомогательных камерах имеются горячие зоны, поэтому период задержки воспламенения значительно меньше, чем в дизелях с неразделенными камерами сгорания. Это позволяет без особых трудностей использовать эти дизели как многотопливные. Максимальное давление цикла в основных камерах сгорания этих дизелей, а также жесткость процесса сгорания меньше, чем у двигателей с неразделенными камерами.
Экономичность дизелей с разделенными камерами сгорания из-за потерь на перетекание и дополнительной отдачи теплоты в стенки ниже, чем у дизелей с неразделенными камерами сгорания.
Вихрекамерное смесеобразование применяют в высокооборотных автомобильных дизелях, устанавливаемых на легковых автомобилях, а также в тракторных дизелях.
Разделенная камера — сгорание — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 3
Разделенная камера — сгорание
Cтраница 3
Дизельные двигатели с разделенными камерами сгорания работают мягко. Из-за усиленного движения в них воздуха обеспечивается высококачественное смесеобразование. Это позволяет осуществлять впрыск топлива с меньшим давлением. [31]
В дизелях с разделенными камерами сгорания давление в надпоршневом объеме в процессе сгорания нарастает более плавно, максимальные давления цикла понижаются, и дизель работает мягче. Однако при разделении камеры сгорания на две части ее поверхность охлаждения увеличивается, что неблагоприятно отражается на ь-кономичности этих дизелей и их пуске при низких температурах. [32]
Для двигателей с разделенной камерой сгорания, работающих на дизельном топливе с наименьшим а ( 1 2 — 1 9), опасность детонации и худшие условия проникновения воспламеняющей дозы дизельного топлива в центр газо-воздушной смеси заставляют применять на смешанном топливе увеличенные а, и даже на сжиженном газе возможно значительное падение мощности на бинарном топливе. В среднем можно считать, что при цикле Дизеля — Отто достигается величина мощности, близкая к дизельной. [33]
Применяют два основных типа разделенных камер сгорания: с вихревыми камерами и с предкамерами. [34]
Головки цилиндров дизелей с разделенными камерами сгорания по сравнению с головками дизелей с неразделенными камерами отличаются большей сложностью конструкции. [36]
У большинства дизелей с разделенными камерами сгорания вихревые камеры и предкамеры делают составными. Верхнюю часть вихревой камеры отливают иногда как одно целое с головкой, а нижнюю часть с горловиной изготовляют из жаростойкой стали, вставляют со стороны опорной плоскости головки, фиксируют п закрепляют. [37]
В дизельных двигателях используются также разделенные камеры сгорания вихревого и предкамерного типов. Особенностью конструкции этих камер сгорания является то, что они разделены на две части. Одна часть — основная — располагается над поршнем, а вторая находится в головке цилиндров. Топливо впрыскивается в меньшую часть камеры, которая выполнена в головке цилиндров. Частично воспламеняясь там, топливо под действием возросшего давления попадает в основную камеру, где и сгорает окончательно. [39]
В дизельных двигателях используются также разделенные камеры сгорания вихревого и предкамерного типов. [41]
Пред камерные двигатели имеют также разделенную камеру сгорания. В отличие от вихревых камер, вмещающих до 80 % сжимаемого воздуха, предкамеры составляют около 25 — 40 % объема по отношению к камере сжатия. Благодаря конструктивным особенностям предкамер механизм вихреобразо-вания у них совершенно отличен от механизма вихреобразования у двигателей с непосредственным впрыском и вихрек
Какие бывают камеры сгорания дизельных двигателей?
Главная » Блог » Какие бывают камеры сгорания дизельных двигателей?
На качество смесеобразования, как правило, влияют 3 основных фактора – метод впрыска, степень сжатия топливной смеси и геометрическая форма камеры сгорания. А от равномерности распределения смеси внутри камеры зависит мощность «дизеля» и то, как громко он работает. Дизельные двигатели бывают с разделенной и неразделенной камерой сгорания.
На легковом транспорте, как правило, применяются моторы небольших объемов и, соответственно, с разделенной камерой. В таком виде камер сгорания топливо впрыскивается в дополнительную полость в головке блока цилиндров. В таком случае смесеобразование может осуществляться 2-мя способами – вихрекамерным и форкамерным (предкамерным).
Во время этих двух процессов сгорания, ДТ подается в предварительную камеру, после чего смешивается с кислородом и воспламеняется. Когда камера имеет сферическую форму, воздух там закручивается подобно вихрю, из чего и пошло название. Форкамерная же конструкция предполагает наличие специальных каналов, по которым проходит смесь. Это придает ее составу большей однородности.
В обоих типах разделенных камер сгорание топлива происходит «в 2 шага», что значительно снижает нагрузку на поршня. Но ввиду дополнительных расходов на перекачивание топливной смеси по камерам снижаются пусковые качества, и увеличивается потребление двигателем дизтоплива.
Различия этих двух методов заключаются в том, что в предкамерном процессе смесь приобретает однородность при перекачивании, а значит уже после воспламенения, а в вихрекамерном – смесь перемешивается до однородного состава за счет вихря до воспламенения.
Дизельные двигатели с камерой сгорания неразделенной имеют непосредственную систему впрыска, что, естественно, делает их наиболее экономичными по сравнению с другими конструкциями движков. Но для таких моторов характерна повышенная вибрация и чрезмерная шумность, особенно при разгоне. А все это из-за того, что частота вращения коленвала довольно большая, а система впрыска – прямая.
Добавить комментарий
Детонация в дизельном двигателе | Дизельный двигатель
Причина детонации
В дизельном двигателе воздух сжимается в цилиндре так сильно, что его температура превышает температуру воспламенения дизельного топлива. Незадолго до того, как поршень достигнет верхней мертвой точки (ВМТ), в камеру сгорания впрыскивается топливо, которое мгновенно воспламеняется. Если количество впрыскиваемого топлива избыточно велико, в цилиндре возникают сильные ударные волны, вызывающие детонацию.
Способы предотвращения детонации
Громкий звук детонации в большинстве случаев можно услышать при работе холодного дизеля на холостом ходу или с небольшой нагрузкой. В этом виновата большая задержка воспламенения, которая, как известно, уменьшается при увеличении давления и температуры. Детонация во время холостого хода не опасна для двигателя и исчезает при повышении нагрузки.
В двигателях с непосредственным впрыском дизельного топлива в воздух в камере сгорания детонацию можно устранить, уменьшив количество топлива, впрыскиваемого во время задержки воспламенения. Основное количество впрыскивается сразу после начала сгорания. Недостатком является невозможность полностью устранить выброс сажи, которая возникает, если у топлива перед воспламенением недостаточно времени для испарения и смешивания с воздухом. Когда температура и давление высоки и нет достаточного количества воздуха для сгорания, возникает реакция крекинга (расщепления молекул), которая приводит к образованию сажи. Сажа сгорает не полностью и попадает в отработавшие газы.
Детонационное сгорание топлива можно также устранить с помощью разделения камеры сгорания. Дизельное топливо впрыскивается в изолированную полость (предварительную камеру) в головке блока цилиндров.
Рис. Разделенная камера сгорания дизельного двигателя
Из-за недостатка воздуха там может гореть не всякое топливо. Вследствие предварительного сгорания в предварительной камере повышаются температура и давление. Топливо, которое не сгорело, через сужение попадает с большой скоростью в основную камеру сгорания, где и догорает до конца. Вследствие растяжения по времени процесса сгорания детонационный шум подавляется даже при использовании топлива с большой задержкой воспламенения. Правда, при этом наблюдается повышенный удельный расход топлива.
Наряду со способами смесеобразования, когда топливо впрыскивается в воздух, существует метод подачи топлива, разработанный в компании «MAN», при котором дизельное топливо впрыскивается так, что тонкой пленкой оседает на поверхности камеры сгорания. При использовании данного метода детонация не возникает, так как топливо сгорает в том объеме, в котором оно испаряется со стенки и смешивается с воздухом. Двигатели, работающие по данному принципу смесеобразования, называются многотопливными двигателями внутреннего сгорания, так в них можно использовать все виды топлива, от смазочного масла и дизельного топлива до бензина.
Производители горючего также прилагают старания, чтобы устранить детонацию. Дизельное топливо после нефтеперегонки имеет диапазон кипения 160-90 °С. Оно содержит много насыщенных углеводородов, которые легко воспламеняются. Плотность дизельного топлива составляет р — 0,83 г/ см3, а его удельная теплота сгорания Нu ~ 42000 кДж/кг. При добавлении присадок для ускорения сгорания воспламеняемость дизельного топлива еще больше увеличивается. Действие присадок заключается в том, что топливо воспламеняется непосредственно при попадании в горячий воздух, а при повышении температуры задержка воспламенения дизельного топлива уменьшается. Для этого достаточно добавить в дизельное топливо присадки для ускорения воспламенения в количестве 0,1-1 объемного процента.
Определение воспламеняемости дизельного топлива
Воспламеняемость дизельного топлива выражается с помощью цетанового числа (CZ). Оно означает, что дизельное топливо имеет такую же склонность к воспламенению, что и определенная сравнительная смесь из цетана и a-метилнафталина. Легковоспламеняемым реагентом смеси является цетан. Он имеет цетановое число 100, в то время как л-метилнафталин — цетановое число 0. Таким образом, например, цетановое число CZ = 55 означает, что дизельное топливо имеет такую же склонность к воспламенению, что и сравнительная смесь из 55% (объемных долей) цетана и 45% (объемных долей) a-метилнафталина. Воспламеняемость повышается при росте цетанового числа.
Определение цетанового числа выполняется так же, как и определение октанового числа бензина с помощью эталонного двигателя, специально предназначенного для этих замеров. Используются двигатель для оценки детонационной стойкости бензинов по методу компании «BASF» и стандартный двигатель для оценки детонационной стойкости топливных материалов — одноцилиндровые четырехтактные дизельные двигатели с устройством для регулирования конечного давления сжатия. В то время, как в двигателе компании «BASF» конечное давление сжатия регулируется с помощью ограничения впускаемого воздуха, в стандартном двигателе регулировка выполняется путем изменения степени сжатия.
Ниже измерение цетанового числа 1952/54 описывается на примере испытательного двигателя, разработанного компанией «BASF» — четырехтактного дизельного двигателя с вихревой камерой сгорания и системой испарительного охлаждения. Он работаете частотой вращения коленчатого вала приблизительно 1000 мин а тормозной генератор создает момент сопротивления. Сначала в двигатель подается исследуемое дизельное топливо. Впрыскиваемое количество должно быть отрегулировано согласно расходу 8 ± 0,3 см3/мин, а момент впрыскивания — на 20° угла поворота коленчатого вала к верхней мертвой точке. Во впускном коллекторе двигателя установлена дроссельная заслонка, а перед ней — измерительный диффузор. подключенный к вакуумметру. Дроссельная заслонка закрывается, уменьшая тем самым давление сжатия, пока задержка воспламенения дизельного топлива не будет равна 20° угла поворота коленчатого вала к верхней мертвой точке, а горение не начнется точно в верхней мертвой точке поршня. Величина разрежения отображается на дисплее вакуумметра. Воспламеняемость дизельного топлива высока, когда разрежение имеет низкое значение. Тогда через диффузор проходит лишь небольшое количество воздуха, и конечное давление сжатия — низкое.
По окончании измерения дизельного топлива впрыскиваются две сравнительные смеси при тех же условиях. Цетановое число сравнительных смесей должно различаться всего на четыре единицы. Кроме того, цетановое число дизельного топлива должно находиться в диапазоне между цетановыми числами двух сравнительных смесей. На основании зафиксированных показаний вакуумметра цетановое число дизельного топлива рассчитывается посредством линейной интерполяции и округляется до целого числа.
Цетановые числа современного дизельного топлива составляют 50-55 единиц.
Конструкция камеры сгорания дизельного двигателя
Камера сгорания должна:
- создать необходимую степень сжатия;
- обеспечить необходимую турбулентность;
- правильно расположить и оптимально скоординировать действие клапанов и инжектора.
Эти требования взаимозависимы. Турбулентность обычно получается за счет факторов объема. Конструктивно сложные утопленные впускные клапаны или касательно направленные воздушные каналы создают препятствия воздушной струе к поэтому мало пригодны для применения на быстродействующих двигателях.
Чтобы помочь в вентилировании камеры, могут использоваться четыре или даже шесть клапанов на цилиндр. Преимущество такой конструкции состоит в сохранении центрального положения инжектора — желательной цели для двигателей прямого впрыска. Напротив, увеличение размеров клапана и связанный с этим его высокий подъем, помимо механических проблем, обычно требуют специальных пазов на поршне для создания воздушных потоков.
Полусферическая камера сгорания помогает увеличить область, доступную для клапанов, за счет использования бокового инжектора. Камеры предварительного сгорания, будь то воздушный элемент или камера «вихревою сгорания», имеют общий недостаток. Температурные нагрузки в этой области чрезвычайно высоки, и камеры склонны к отказу из-за нарушения свойств металла — по крайней мере, находятся в состоянии риска с того момента, как они обязаны создавать «горячую точку», чтобы помочь сгоранию. Не существует никакого уникального решения, и получающаяся в итоге камера сгорания — всегда компромисс.
Камеры сгорания бензиновых двигателей
Автор: Юлиюс Мацкерле (Julius Mackerle)Источник: «Современный экономичный автомобиль» [1]
20285 1
Если камера сгорания занимает объем над всей поверхностью днища поршня, то возникает слишком большая поверхность охлаждения. Поэтому стремятся создать компактную камеру сгорания в зоне свечи зажигания, а над днищем поршня – образовать зазор между ним и поверхностью головки цилиндра (уже упоминавшуюся ранее зону вытеснителя). Этот зазор выполняет две функции – обеспечивает компактность и малую поверхность камеры сгорания, а к концу хода сжатия способствует созданию интенсивного движения (турбулизации) заряда в ней.
Г. Р. Рикардо определил важность турбулизации заряда уже на начальном этапе развития двигателей внутреннего сгорания [2]. Камера сгорания «Рикардо», примененная в двигателях с боковыми клапанами, значительно улучшила их параметры. Компактная, расположенная над клапанами, она имела небольшую поверхность отвода теплоты к охлаждающей жидкости, а турбулентность, создаваемая вытеснителем, ускоряла сгорание. Завихривание горячего газа около стенок камеры сгорания, хотя и увеличивает отдачу теплоты в них, но при этом позволяет повысить степень сжатия, что с избытком компенсирует некоторый рост тепловых потерь в стенки.
В настоящее время двигатели внутреннего сгорания выполняются с клапанами, расположенными в головке цилиндров, и распределительными валами, размещенными в блоке цилиндров (схема OHV) или в его головке (схема OHC). Камера сгорания при этом образована над днищем поршня. Для упрощения механизма газораспределения клапаны чаще всего располагают на продольной оси двигателя и камера сгорания под ними обычно выполнена ваннообразной. Для облегчения доступа к свече зажигания иногда она расположена сбоку камеры сгорания, а на противоположной свече стороне между поршнем головкой блока цилиндров образован вытеснитель. Заряд, вытесняемый из него в конце сжатия, направлен к свече зажигания и обогащает смесь вблизи нее. Такие ваннообразные (плоскоовальные) камеры сгорания с небольшими изменениями применяют практически у всех современных двигателей.
Так называемая клиновая камера сгорания, полученная из плоскоовальной наклоном клапанов для получения лучшей формы газовых каналов, показана на рис. 1. Свеча зажигания в этом случае сдвинута в сторону выпускного клапана, движение заряда в камере направлено к свече. У клинообразной камеры сгорания большая часть ее объема сконцентрирована возле свечи, благодаря чему сначала должно сгорать наибольшее количество заряда, а в самой удаленной от свечи зоне камеры сгорания, где имеется опасность детонации, должно находиться сравнительно небольшое количество переохлажденной смеси в зазоре вытеснителя. Такая камера обеспечивает мягкое сгорание и низкие тепловые потери. Жесткость работы двигателя оценивается скоростью нарастания давления, т. е. повышением давления в цилиндре при повороте коленчатого вала на Решающее значение имеет участок поворота, соответствующий интервалу между образованием искрового разряда (воспламенение смеси) и ВМТ. Мягким считается процесс сгорания, при котором скорость нарастания давления лежит в пределах 0,2 – 0,6 МПа на 1° угла поворота коленчатого вала. Уровень шума при работе двигателя зависит также от зазоров между поршнем и цилиндром и между валом и его подшипниками.
| Рис. 1 Бензиновый двигатель с клиновой камерой сгорания |
|---|
Широко применявшаяся ранее полусферическая камера сгорания также претерпевает в настоящее время изменения. Камера такой формы применяется у двигателей спортивных, гоночных автомобилей для достижения высокой удельной мощности. При использовании в головке цилиндра двух распределительных валов и большом угле развала клапанов можно разместить в головке цилиндра клапаны большого диаметра. При этом поверхность камеры сгорания по отношению к ее объему достаточно мала. Обеспечивается также хорошее втекание заряда через клапаны в цилиндр, поскольку ему не препятствуют стенки цилиндра или камеры сгорания. Впускной и выпускной каналы имеют небольшую длину и малую поверхность. Двигатели с такой камерой сгорания имеют довольно высокий КПД. На рис. 2 приведен пример классического исполнения полусферической камеры сгорания.
| Рис. 2 Полусферическая камера сгорания |
|---|
У современных гоночных автомобилей эта камера сгорания значительно изменена. Для уменьшения сил инерции в клапанном механизме применяют четыре клапана в одном цилиндре, что приводит к образованию камеры сгорания так называемой шатровой формы. В ней можно разместить одну свечу зажигания непосредственно на оси цилиндра. Для получения в таких камерах высоких степеней сжатия днище поршня имеет выпуклую форму, и в нем делаются выемки для клапанов. В связи с этим поршень становится достаточно массивным, что при четырехклапанном варианте вызвало переход к шатровой камере сгорания с малым углом – около 20° между рядами клапанов. Использование такой камеры сгорания обеспечивает большое проходное сечение седел клапанов, малую массу деталей механизма газораспределения, пригодного для высоких частот вращения – до 12000 мин-1, малую поверхность камеры сгорания без больших выемок под клапаны и малую массу поршня. Если при такой конструкции клапан не закроется, то поршень ударит по нему, но не изогнет и, следовательно, не вызовет серьезного повреждения дорогостоящей головки цилиндра.
Для двигателей гоночных автомобилей важным является быстрый процесс сгорания, также обеспечиваемый сильной турбулизацией заряда. При этом ось вращения заряда должна быть параллельна оси коленчатого вала, а ось впускной трубы – максимально возможно приближена к оси впускного клапана. На рис. 3 изображена подобная камера сгорания.
| Рис. 3 Бензиновый двигатель «Феррари» с камерой сгорания шатровой формы и малым углом между клапанами |
|---|
Если применяется полусферическая камера сгорания в двухклапанном исполнении, то оси клапанов не должны пересекаться с осью цилиндра. Чаще всего клапаны слегка отклонены от оси цилиндра, расположены в сферической части камеры и их углубление в поршень в этом случае невелико. Под выпускным клапаном в днище поршня делается небольшая выемка и зазор между поршнем и головкой обеспечивает завихривание заряда, необходимое для мягкой работы двигателя. Классическая же полусферическая камера сгорания характеризуется жесткой работой двигателя.
Для сжигания сильно обедненных смесей было разработано несколько новых видов камер сгорания. Большей частью они характеризуются стремлением достичь в объеме камеры послойного распределения заряда с образованием вблизи свечи зажигания богатой смеси. Часто эти камеры имеют форму тел вращения и располагаются в днище поршня. Пример подобной камеры приведен на рис. 4. Тангенциальное расположение впускного канала относительно цилиндра обеспечивает вращение заряда вокруг оси цилиндра, усиливающегося еще больше в ВМТ после вытеснения заряда с периферии цилиндра в камеру, диаметр которой меньше диаметра цилиндра. Свеча зажигания располагается в зоне камеры, где смесь обогащена. Головка цилиндра выполнена плоской, и выход потока из клапанной щели не тормозится ни стенкой цилиндра, ни стенкой камеры сгорания. Сразу же после открывания клапана его сечение открыто для прохода газового потока, за исключением зоны вблизи стенки цилиндра, однако это не имеет принципиального значения, так как поворот впускного канала не направлен в эту сторону.
| Рис. 4 Бензиновый двигатель с цилиндрической камерой сгорания в днище поршня |
|---|
Поршень с расположенной в днище камерой сгорания имеет большую массу и его температура выше, чем температура стенки камеры сгорания, размещенной в головке цилиндра. Последнее вызывает ухудшение теплоотдачи от газа к головке цилиндра и уменьшение потерь теплоты в систему охлаждения.
Размер клапана в головке цилиндра обусловлен диаметром цилиндра. Тарелка клапана не должна выступать за окружность цилиндра, так как при этом растет площадь охлаждения и ухудшается очистка цилиндра. Большие размеры клапана, кроме того, непрактичны, так как значительная часть его периметра заслоняется стенкой камеры сгорания.
Увеличения диаметра впускного клапана можно достичь за счет уменьшения диаметра выпускного клапана, который может быть на 15 % меньше, чем впускной. В момент открытия выпускного клапана давление в цилиндре достаточно высокое, и хорошая очистка цилиндра может быть обеспечена и при уменьшенном сечении клапана. Кроме того, у выпускного клапана меньшего размера также меньше и деформация седла, и он быстрее охлаждается.
Клапаны наибольших размеров можно получить в полусферической камере сгорания, у которой диаметр впускного клапана может достичь 0,64, а выпускного – 0,54 диаметра цилиндра. При меньшем развале осей клапанов, а также при наличии седел клапанов у алюминиевых головок диаметры клапанов на 10 % меньше приведенных выше величин.
Последнее обновление 18.02.2012Опубликовано 19.05.2011
Читайте также
Сноски
- ↺ Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль/Пер. с чешск. В. Б. Иванова; Под ред. А. Р. Бенедиктова. — М.: Машиностроение, 1987. — 320 с.: ил.//Стр. 118 — 125 (книга есть в библиотеке сайта). – Прим. icarbio.ru
- ↺ Если Вы серьёзно интересуетесь двигателестроением, то рекомендуем прочесть книгу Рикардо Г.Р. «Быстроходные двигатели внутреннего сгорания».